阻尼复合材料
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阻尼功能复合材料
阻尼复合材料应用
阻尼功能复合材料
机械结构的减振降噪 合理的结构设计 采用先进的阻尼材料 辅助阻尼措施
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 阻尼功能复合材料
定义 把振动能吸收并转化为其它形式的能量而消耗 从而减小机械振动和降低噪声功能的复合材料
原理 利用基体，填充体本身的阻尼特性和界面磨檫 而进行减振降噪。基体内耗，增强体内耗以及 界面内耗是三种阻尼的微观机制。
层压复合钢板
夹层材料具有高的阻尼因子
夹层材料种类
Tg范围与使用温度尽可能一致
夹层材料厚度
高聚物对钢板的润湿性
温度 频率 制备工艺
泡沫金属基-树脂复合材料
泡沫金属
一种连通的泡沫材料，选用某种具有高阻尼的合金制 备基体，再用复合浸渍方法将粘弹性树脂沿此通道渗 入材料内部，得到轻质高阻尼复合材料。
研究压缩性能时，其应力-应变曲线包含一个很长的平 稳阶段，表明是一种具有高能量吸收率的材料，其应 变强烈滞后于应力
即具有金属材料的强度，又具有较高的内耗值
客车的噪声处理
机械结构的表面采用阻尼材料 增加机械结构的阻尼损耗因子 减少振动幅度 减少振动能量沿结构的传播 增大衰减率，减少声辐射
利用界面层提高多孔铝的阻尼性能
溶胶-凝胶法在多孔铝表面包覆一层聚苯乙烯膜 聚苯乙烯的本征内耗 界面层贡献的内耗
界面区域由于应力集中 引起的微塑性应变
阻尼功能复合材料-基体
粘弹性聚合物基体
0.5
E' Tan
具有内部磨檫特性，在交变 应力下，链段运动要克服阻 力，形变滞后于应力变化， 将外力转化为热能而消耗掉
金属基体
铁磁性型，磁－机械滞后而消耗振动能量 位错型，振动引起的位错运动而消耗能量 孪晶型，热弹性马氏体孪晶结构的移动
0.0
14000 12000 10000
位错阻尼机制
碳化硅与铝的热膨 胀系数相差较大
界面附近的铝 基体发生屈服
阻尼性能提高
位错增加
其余影响因素
Mg基复合材料
温度升高
阻尼性能显著增加
界面粘结力下降 粘滞性耗能
位错运动内耗为主，复合材料的阻尼随频率升高而增加 界面及增强相内部粘滞性内耗为主，阻尼随频率升高而降低
金属-树脂复合材料
利用不同材料之间所组成的宏观构造产生耗能 本身微观构造中潜在的耗能机制
宁波LG甬兴化工有限公司
大桥化工
华润涂料
立邦涂料
阿克苏 诺贝尔
金属基阻尼复合材料
减少振动，降低噪声，提高疲劳性能 阻尼性能
材料的化学成分，组织结构，材料的加工工艺 增强体类型，含量，环境温度，振动源的振动频率
颗粒含量越多，复合材料的高温阻尼性能越好
SiC /铝基复合材料
并不是直接由碳化硅颗粒本身提供，而是与基体的微观 结构改变以及复合材料特有的大量结合界面有关
汽巴精化
共混，共聚，IPN方法
共混组分应部分互溶， 两者玻璃化温度靠近， 从而增宽玻璃化转变区
Tan
0.7
0.6 玻璃态
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
60
80
Tg转变区
100
120
140
Temperature(C)
弹性态
160
180
树脂基阻尼复合材料
增强体材料
玻璃纤维
增强体含量
碳纤维 芳纶纤维
回答问题
阻尼复合材料的阻尼原理是什么？ 金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？
请在下图标出高聚物转变的三个区域，并指出在哪个区域 聚合物基阻尼复合材料表现出最优异的阻尼性能。说明 金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？
什么是阻尼功能复合材料？阻尼的微观机制是什么？ 请简述聚合物基阻尼复合材料的阻尼机理。
界面磨檫耗能
聚氯乙烯基复合材料
新型阻尼复合材料
传统阻尼高分子复合材料 基体具有较高的阻尼因子 足够宽的阻尼温度范围
共混，共聚，IPN方法
复合材料内部多重能量转化 阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
阻尼赋予剂 阻尼复合材料
DZ
AO80
对于PE/AO80复合材料，阻尼因子达到了4
可逆氢键作用：受到外界振动时， 小分子与聚合物间某些氢键断裂 或减弱，同时生成新的氢键，这 个过程将动能转变为热能，从而 产生阻尼效应。
混杂方式
晶须，石英砂填料
增强体形式 单一增强 混杂增强
泡沫结构增强 夹层结构增强
树脂基复合材料弹簧
LiteflexTM 板弹簧 玻璃纤维/环氧树脂
减少了组件的数量，同时减轻了板弹簧的重量 比钢材有更大的弹性，显著提高乘坐舒适程度 过载情况下不会出现灾难性的脆性断裂
复合材料圆柱螺旋弹簧 回弹力
回复率
氯化丁基橡胶基压电阻尼复合材料
将振动机械能转化为电能，然后在一定的导电网络 下通过焦耳热的形式将电能耗散掉以达到减振效果
稀土永磁阻尼复合材料
阻尼机理：当受到外界振动时，由于改变了总磁化强度 形成宏观涡流。畴壁可逆移动及磁化矢量的转动产生的 微观涡流以及不可逆的畴壁移动产生的磁力滞后阻尼， 都能把机械振动能转变为热能耗散
60
80
E'
100
120
140
Temperature(C)
160
180
0.25 E''
0.20
8000
0.15
6000 4000 2000
0
0.10
0.05 tan
0.00
-150
-100
-50
0
50
100
150
Temperature (C)
tan
阻尼功能复合材料-填充体
增加材料的应变及损耗能量
限制分子运动，增加应力与应变之间的相位滞后 扩大阻尼温度范围，增大Tg
片状填料增加内磨檫并损耗能量
颗粒填料有增强效应 限制分子长链相互转换过程中的运动
增强能量转化，增大阻尼性能
阻尼功能复合材料-界面
界面是复合材料特有的阻尼源 金属基复合材料
室温测量时应力不能使其界面滑移 温度升高界面结合减弱
基体 增强体
树脂基阻尼复合材料
基体材料
减振效果与温度有很大的依赖性
单一高聚物玻璃化转变区较窄 不适合宽温宽频减振阻尼要求
压电陶瓷/高分子阻尼复合材料
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或拉力， 其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电荷密度与应 力大小成比例
阻尼原理：当声波或振动能等传递到压电材料时，产生的 电能未消失，会再次转化为振动能，反复这种过程，振动 衰减会持续一段时间，选择适当的导电填料，在陶瓷周围 形成电路，使振动迅速衰减，达到减振目的
阻尼复合材料应用
阻尼功能复合材料
机械结构的减振降噪 合理的结构设计 采用先进的阻尼材料 辅助阻尼措施
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 阻尼功能复合材料
定义 把振动能吸收并转化为其它形式的能量而消耗 从而减小机械振动和降低噪声功能的复合材料
原理 利用基体，填充体本身的阻尼特性和界面磨檫 而进行减振降噪。基体内耗，增强体内耗以及 界面内耗是三种阻尼的微观机制。
层压复合钢板
夹层材料具有高的阻尼因子
夹层材料种类
Tg范围与使用温度尽可能一致
夹层材料厚度
高聚物对钢板的润湿性
温度 频率 制备工艺
泡沫金属基-树脂复合材料
泡沫金属
一种连通的泡沫材料，选用某种具有高阻尼的合金制 备基体，再用复合浸渍方法将粘弹性树脂沿此通道渗 入材料内部，得到轻质高阻尼复合材料。
研究压缩性能时，其应力-应变曲线包含一个很长的平 稳阶段，表明是一种具有高能量吸收率的材料，其应 变强烈滞后于应力
即具有金属材料的强度，又具有较高的内耗值
客车的噪声处理
机械结构的表面采用阻尼材料 增加机械结构的阻尼损耗因子 减少振动幅度 减少振动能量沿结构的传播 增大衰减率，减少声辐射
利用界面层提高多孔铝的阻尼性能
溶胶-凝胶法在多孔铝表面包覆一层聚苯乙烯膜 聚苯乙烯的本征内耗 界面层贡献的内耗
界面区域由于应力集中 引起的微塑性应变
阻尼功能复合材料-基体
粘弹性聚合物基体
0.5
E' Tan
具有内部磨檫特性，在交变 应力下，链段运动要克服阻 力，形变滞后于应力变化， 将外力转化为热能而消耗掉
金属基体
铁磁性型，磁－机械滞后而消耗振动能量 位错型，振动引起的位错运动而消耗能量 孪晶型，热弹性马氏体孪晶结构的移动
0.0
14000 12000 10000
位错阻尼机制
碳化硅与铝的热膨 胀系数相差较大
界面附近的铝 基体发生屈服
阻尼性能提高
位错增加
其余影响因素
Mg基复合材料
温度升高
阻尼性能显著增加
界面粘结力下降 粘滞性耗能
位错运动内耗为主，复合材料的阻尼随频率升高而增加 界面及增强相内部粘滞性内耗为主，阻尼随频率升高而降低
金属-树脂复合材料
利用不同材料之间所组成的宏观构造产生耗能 本身微观构造中潜在的耗能机制
宁波LG甬兴化工有限公司
大桥化工
华润涂料
立邦涂料
阿克苏 诺贝尔
金属基阻尼复合材料
减少振动，降低噪声，提高疲劳性能 阻尼性能
材料的化学成分，组织结构，材料的加工工艺 增强体类型，含量，环境温度，振动源的振动频率
颗粒含量越多，复合材料的高温阻尼性能越好
SiC /铝基复合材料
并不是直接由碳化硅颗粒本身提供，而是与基体的微观 结构改变以及复合材料特有的大量结合界面有关
汽巴精化
共混，共聚，IPN方法
共混组分应部分互溶， 两者玻璃化温度靠近， 从而增宽玻璃化转变区
Tan
0.7
0.6 玻璃态
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
-0.1
60
80
Tg转变区
100
120
140
Temperature(C)
弹性态
160
180
树脂基阻尼复合材料
增强体材料
玻璃纤维
增强体含量
碳纤维 芳纶纤维
回答问题
阻尼复合材料的阻尼原理是什么？ 金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？
请在下图标出高聚物转变的三个区域，并指出在哪个区域 聚合物基阻尼复合材料表现出最优异的阻尼性能。说明 金属基阻尼复合材料的阻尼性能与哪些因素有关？
什么是阻尼功能复合材料？阻尼的微观机制是什么？ 请简述聚合物基阻尼复合材料的阻尼机理。
界面磨檫耗能
聚氯乙烯基复合材料
新型阻尼复合材料
传统阻尼高分子复合材料 基体具有较高的阻尼因子 足够宽的阻尼温度范围
共混，共聚，IPN方法
复合材料内部多重能量转化 阻尼赋予剂 压电陶瓷 稀土永磁
阻尼赋予剂 阻尼复合材料
DZ
AO80
对于PE/AO80复合材料，阻尼因子达到了4
可逆氢键作用：受到外界振动时， 小分子与聚合物间某些氢键断裂 或减弱，同时生成新的氢键，这 个过程将动能转变为热能，从而 产生阻尼效应。
混杂方式
晶须，石英砂填料
增强体形式 单一增强 混杂增强
泡沫结构增强 夹层结构增强
树脂基复合材料弹簧
LiteflexTM 板弹簧 玻璃纤维/环氧树脂
减少了组件的数量，同时减轻了板弹簧的重量 比钢材有更大的弹性，显著提高乘坐舒适程度 过载情况下不会出现灾难性的脆性断裂
复合材料圆柱螺旋弹簧 回弹力
回复率
氯化丁基橡胶基压电阻尼复合材料
将振动机械能转化为电能，然后在一定的导电网络 下通过焦耳热的形式将电能耗散掉以达到减振效果
稀土永磁阻尼复合材料
阻尼机理：当受到外界振动时，由于改变了总磁化强度 形成宏观涡流。畴壁可逆移动及磁化矢量的转动产生的 微观涡流以及不可逆的畴壁移动产生的磁力滞后阻尼， 都能把机械振动能转变为热能耗散
60
80
E'
100
120
140
Temperature(C)
160
180
0.25 E''
0.20
8000
0.15
6000 4000 2000
0
0.10
0.05 tan
0.00
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-100
-50
0
50
100
150
Temperature (C)
tan
阻尼功能复合材料-填充体
增加材料的应变及损耗能量
限制分子运动，增加应力与应变之间的相位滞后 扩大阻尼温度范围，增大Tg
片状填料增加内磨檫并损耗能量
颗粒填料有增强效应 限制分子长链相互转换过程中的运动
增强能量转化，增大阻尼性能
阻尼功能复合材料-界面
界面是复合材料特有的阻尼源 金属基复合材料
室温测量时应力不能使其界面滑移 温度升高界面结合减弱
基体 增强体
树脂基阻尼复合材料
基体材料
减振效果与温度有很大的依赖性
单一高聚物玻璃化转变区较窄 不适合宽温宽频减振阻尼要求
压电陶瓷/高分子阻尼复合材料
压电效应：如果在某些晶体的特定方向上施加压力或拉力， 其对应表面上将分别出现正负束缚电荷，其电荷密度与应 力大小成比例
阻尼原理：当声波或振动能等传递到压电材料时，产生的 电能未消失，会再次转化为振动能，反复这种过程，振动 衰减会持续一段时间，选择适当的导电填料，在陶瓷周围 形成电路，使振动迅速衰减，达到减振目的